線粒體是細胞內負責產生能量的細胞器，也是細胞內活性自由基的來源，它們可透過一組精密的動態平衡結構網路來管理細胞的生存和死亡。

最新的研究認為，作為一個動態的生物物理系統，線粒體在調節生理或者病理條件下的能量代謝，控制細胞死亡或者存活方面發揮著決定性的作用

［1］

。

除此之外，線粒體還參與細胞凋亡、自噬和衰老的發生、維持和拮抗過程。

線粒體擁有著高度進化的能量系統，可基於真核細胞生存或增殖過程中對能量和氧氣的特定需求來管理能量生產和分配。

它們在生物合成過程中也起著核心作用，從細胞質中提取原料，並將其用於氨基酸、脂質和核苷酸的合成，同時也參與三羧酸迴圈（TCA）過程，為該過程的

電子傳遞鏈

提供高能電子（NADH和FADH2）。

（簡單介紹氧化呼吸鏈：如下圖所示，參與氧化還原作用的酶和輔酶按一定順序排列線上粒體內膜上，起傳遞氫和電子的作用，分別稱

遞氫體

和

遞電子體

。

無論是遞氫體還是遞電子體，都起傳遞電子的作用，因此

氧化呼吸鏈也成為電子傳遞鏈

。）

線粒體的數量在不同細胞型別之間差異極大，例如：哺乳動物肝細胞只有800個而卵母細胞卻將近100，000個。

氧化磷酸化過程是指呼吸鏈電子傳遞的氧化過程與ADP磷酸化、生成ATP相偶聯的過程，氧化磷酸化（OXPHOS）是線粒體代謝的關鍵過程。

它利用酶來氧化營養物質，從而釋放用於細胞呼吸和ATP合成的能量，OXPHOS的限制因素是合成ATP的底物（ADP和磷酸鹽）的濃度。

此外，細胞間訊號傳遞也是一個跟重要的控制因素

［2］

。除了調節能量生產和生物合成前體的平衡外，線粒體還可以控制許多其他細胞引數。

包括細胞內鈣離子水平、氧化還原狀態的調節、活性氧的產生以及透過啟用線粒體通透性轉換孔（Mtptp）來啟動細胞凋亡。

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結 構 改 變 與 細 胞 凋 亡

線粒體在程式性細胞死亡中有重要作用，線粒體是高度複雜和動態的細胞器，最裡面的線粒體基質，由高度捲曲的內膜包圍，而內膜又被外膜包圍，內膜將嵴投射到基質中。

嵴膜是透過嵴連線連線到與外膜平行的內膜部分，即內邊界膜，嵴連線是相對均勻的管狀結構，直徑通常為 20-50 nm，對於維持線粒體內結構很重要。

線粒體內穩態和超微結構與細胞凋亡的發生有著緊密的聯絡

，線粒體功能的正常運轉是細胞健康的基礎

［3］

。

在細胞死亡訊號傳遞到線粒體後，線粒體外膜（MOM）通透性增加，釋放可溶性血紅蛋白細胞色素c （cytc），以及Smac/Diablo、核酸內切酶G等膜間隙蛋白，不可逆地啟用下游的凋亡蛋白酶，促進細胞凋亡過程順序進行

［4］

。

越來越多的研究表明，

線粒體內穩態和超微結構將細胞產能和細胞凋亡這兩個看似獨立的程序緊密的聯絡起來。

線粒體超微結構的改變（“重塑”）同時參與到細胞凋亡和細胞產能這兩個方面，在超分辨光學顯微鏡支援下，高分辨透射電子顯微鏡（TEM）實驗證明ATP合成酶複合物以二聚體的形式沿嵴內皺褶分佈在體內。

同時，對囊泡模型的體外研究表明，ATP合酶二聚化決定了膜曲率。

特定基因敲除的細胞會使ATP合酶二聚化失效，導致線粒體形態沒有嵴結構。因此，ATP合酶的二聚化顯然在嵴摺疊中起著重要的作用。

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線 粒 體 自 噬 與 細 胞 衰 老

自噬是利用溶酶體降解自身細胞質蛋白和受損細胞器的過程，自噬可防止細胞損傷，促進細胞在營養缺乏的情況下存活，並對細胞毒性刺激作出反應。

生理性自噬是細胞的自我保護機制，有益於細胞的生長髮育，保護細胞防止代謝應激和氧化損傷，對維持細胞內穩態以及細胞產物的合成、降解和迴圈再利用具有重要作用。

但自噬過度可能導致代謝應激、降解細胞成分，甚至引起細胞死亡等。

自噬機制的三種形式

No.1

微自噬

指透過溶酶體或液泡表面的形變直接吞沒特定的細胞器；

No.2

巨自噬

透過形成具有雙層膜結構的自噬小體（autophagosome）包裹胞內物質，最終自噬小體與溶酶體融合。一般情況下所說的自噬是指巨自噬；

No.3

分子伴侶介導自噬

具有KEFRQ樣基序的蛋白在HSP70伴侶的幫助下，透過LAMP-2A轉運體轉運到溶酶體。

線粒體的選擇性自噬降解稱為“線粒體自噬”。ROS水平在細胞衰老程序中逐漸升高。

而線粒體作為ROS產生的主要來源，其功能失常常被認為與衰老程序密切相關，這主要透過線粒體損傷→ROS更多的釋放→線粒體進一步損傷→細胞衰老這一惡性迴圈表現出來。

線粒體自噬在維持線粒體功能穩態方面至關重要，線粒體自噬可選擇性的對受損及衰老的線粒體進行清除，減少ROS的過度積累，進而中斷惡性迴圈，來對抗細胞衰老。

參 考 文 獻

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［2］M。 Hüttemann，et al。 Regulation of mitochondrial oxidative phosphorylation through cell signaling［J］。Biochim Biophys Acta，2007，1773（12）：1701-20。

［3］A。 Kasahara，et al。 Mitochondria： from cell death executioners to regulators of cell differentiation［J］。Trends Cell Biol，2014，24（12）：761-70。

［4］M。 Zhang， et al。 Release of cytochrome C from bax pores at the mitochondrialmembrane［J］。SciRep，2017，7（1）：2635。

［5］D。C。 Jans， et al。 STED super-resolution microscopy reveals an array of MINOS clusters along human mitochondria［J］。 Proc Natl Acad Sci U S A，2013，110（22）：8936-41。